半导体材料系列(二)二代半导体材料引领高速通信变革-产业深度251026

第二代半导体衬底材料因其优良的物理特性大规模应用于高频高功耗等应用场景。第二代半导体衬底材料即 III-V 族化合物半导体材料，主要包括砷化镓（GaAs）、磷化铟（InP），具有电子迁移率高、光电性能好等特点，是当前仅次于硅之外最成熟的半导体材料，在高频、高功耗、高压、高温等特殊应用领域，III-V 族化合物半导体材料作为衬底有独特的优势。5G、新一代显示、数据中心、无人驾驶、手机面部识别、可穿戴设备等市场需求的增长为 III-V 族化合物半导体材料带来了广阔的需求空间。磷化铟衬底材料主要用于光模块、传感器、高端射频等领域，未来随着 AI和下一代通信技术的发展而前景较好。使用磷化铟衬底制造的半导体器件，具备饱和电子漂移速度高、发光波长适宜光纤低损通信、抗辐射能力强、导热性好、光电转换效率高、禁带宽度较高等特性，因此磷化铟衬底可被广泛应用于制造光模块器件、传感器件、高端射频器件等。根据 Yole预测，2026 年全球磷化铟衬底市场规模为 2.02 亿美元，2019-2026 年复合增长率为 12.42%。量子计算、人工智能（AI）加速芯片和下一代通信技术的兴起，对高性能半导体材料提出了更高要求，而磷化铟凭借其独特的物理特性，成为支撑这些前沿技术的关键材料之一。磷化铟衬底的发展将围绕大尺寸化、成本优化、异质集成三大核心方向持续推进。砷化镓衬底材料主要用于 LED、射频、激光器等领域，未来市场规模随着新一代显示、物联网等新兴行业的快速增长而逐步扩大。使用砷化镓衬底制造的半导体器件，具备高功率密度、低能耗、抗高温、高发光效率、抗辐射、高击穿电压等特性，因此砷化镓衬底被广泛用于生产 LED、射频器件、激光器等器件产品。砷化镓是光电及手机网通高频通讯不可或缺的元件，未来在新一代显示（Mini LED、Micro LED）、物联网、无人驾驶、人工智能、可穿戴设备等新兴市场需求的带动下，砷化镓衬底市场规模将逐步扩大。根据 Yole 测算，2019 年全球砷化镓衬底市场规模约为 2 亿美元，预计到 2025 年全球砷化镓衬底市场规模将达到 3.48 亿美元，2019-2025年复合增长率 9.67%。砷化镓衬底市场的发展将呈现出技术升级推动国产替代、产业链协同创新加速、新兴应用领域持续拓展三大趋势。全球二代半导体衬底材料市场高度集中，呈现出日德企业占主导、中国企业追赶的态势。由于下游市场需求有限以及成本较高，磷化铟与砷化镓衬底市场规模相对较小。主流商用磷化铟衬底直径已从 2 英寸逐步扩展至 4英寸，部分领先企业正推进 6 英寸晶圆的研发；从市场格局来看，磷化铟衬底材料市场头部企业集中度很高，主要供应商包括 Sumitomo、北京通美、日本 JX 等。Yole 数据显示，2020 年全球前三大厂商占据磷化铟衬底市场 90%以上市场份额，其中 Sumitomo 为全球第一大厂商，占比为42%；北京通美位居第二，占比 36%。主流商用砷化镓衬底直径已从 3 英寸扩展至 6 英寸，部分领先企业正推进 8 英寸晶圆的研发；从竞争格局来看，根据 Yole 统计，2019 年全球砷化镓衬底市场主要生产商包括Freiberger、Sumitomo 和北京通美，其中 Freiberger 占比 28%、Sumitomo占比 21%、北京通美占比 13%；目前国内涉及砷化镓衬底业务的公司较少，除北京通美外，广东先导等公司在生产 LED 的砷化镓衬底方面已具备一定规模。目前，主流商用砷化镓衬底直径已从 3 英寸扩展至 6 英寸，部分领先企业正推进 8 英寸晶圆的研发。

风险提示

技术迭代与市场替代风险，研发投入大且回报周期长，供应链脆弱与原材料依赖，成本高昂与规模经济不足，材料与工艺的固有局限性。